CN205657610U - 一种石墨烯自降温发电屏 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种石墨烯自降温发电屏，属于节能技术领域。石墨烯负极（1）连接石墨烯带（2），石墨烯带（2）无规则悬浮在电池内腔，四周围是隔离支架（4），导电体外壳（3）是正极（5），单体电池内腔充满电解液，多个单体电池相互串联和并联，构成完整的石墨烯自降温发电屏（6），电力输出端串接电子温控电流器（7），电力输出线联接充电控制器（8），充电控制器（8）分别与蓄电池（9）和逆变器（10）联接，所述逆变器（10）还与蓄电池（9）和电度表（11）联接。这种发电方式只依靠环境热量驱动，大范围使用可以解决温室效应，将环境温度降低，获得的巨大的电能，极大缓解能源危机，其电能用于居家生活和纯电动车等，该发明具有其重大意义。

Description

一种石墨烯自降温发电屏

所属技术领域

本发明涉及一种石墨烯自降温发电屏，属于节能技术领域。

背景技术

近几十年来，由于人口急剧增加，工业迅猛发展，呼吸产生的二氧化碳及煤炭、石油、天然气燃烧产生的二氧化碳，远远超过了过去的水平。而另一方面，由于对森林乱砍乱伐，大量农田建成城市和工厂，破坏了植被，减少了将二氧化碳转化为有机物的条件。再加上地表水域逐渐缩小，降水量大大降低，减少了吸收溶解二氧化碳的条件，破坏了二氧化碳生成与转化的动态平衡，就使大气中的二氧化碳含量逐年增加。空气中二氧化碳含量的增长，就使地球气温发生了改变。二氧化碳可以防止地表热量辐射到太空中，具有调节地球气温的功能。如果没有二氧化碳，地球的年平均气温会比目前降低20 ℃。但是，二氧化碳含量过高，就会使地球仿佛捂在一口锅里，温度逐渐升高，就形成“温室效应”。形成温室效应的气体，除二氧化碳外，还有其他气体。其中二氧化碳约占75％、氯氟代烷约占15%～20％，此外还有甲烷、一氧化氮等30多种。温室效应就是由于大气中二氧化碳等气体含量增加，使全球气温升高的现象。如果二氧化碳含量比现在增加一倍，全球气温将升高3 ℃～5 ℃，两极地区可能升高10 ℃，气候将明显变暖。气温升高，将导致某些地区雨量增加，某些地区出现干旱，飓风力量增强，出现频率也将提高，自然灾害加剧。更令人担忧的是，由于气温升高，将使两极地区冰川融化，海平面升高，许多沿海城市、岛屿或低洼地区将面临海水上涨的威胁，甚至被海水吞没。20世纪60年代末，非洲下撒哈拉牧区曾发生持续6年的干旱。由于缺少粮食和牧草，牲畜被宰杀，饥饿致死者超过150万人。

温室效应使得夏天的酷热难耐，使用空调已经成为生活中的一个理所当然的选择。但是空调必然会给我们的环境带来一定的负担。几年前，空调对自然的影响主要集中讨论在制冷剂对地球臭氧层的破坏上，但是这些年，由于制冷剂更新行程的发展，这已经不是主要因素了。未来空调对自然的影响还是体现在能耗这个领域，空调能耗已占我们生活和工业总能耗中很大的比重。能源的开采和给大气环境释放大量的热量，己以给我们的自然环境响成的很大的负担，这才是我们长期以来要解决的重大问题。空调的使用加剧了温室效应，而温室效应又加大了空调的使用量，这几乎是一个无法解决的矛盾。另一方面，当频繁使用空调时，就会出现空调病，症状多为浑身无力、咳嗽、发烧等。 由于频繁使用，给电力也带来很大的压力。低温环境会使血管急剧收缩， 血流不畅，使关节受损受冷导致关节痛；由于室内与室外温差大，人经常进出会感受到忽冷忽热，这会造成人体内平衡调节系统功能紊乱，平衡失调就会引起头痛，易患感冒。"冷"感觉还可使交感神经兴奋，导致腹腔内血管收缩、胃肠运动减弱，从而出现诸多相应症状。对女性来讲，寒冷刺激可影响卵巢功能，排卵发生障碍，表现为月经失调。 空气中的阴离子可抑制人体中枢神经系统并起着调节大脑皮质功能状态的作用，然而，空调的过滤器可过多吸附空气中的阴离子，使室内的阳离子增多，阴阳离子正常比例失调造成人体生理的紊乱，导致出现临床症状。空调房间一般都较密封，这使室内空气混浊，细菌含量增加，二氧化碳等有害气体浓度增高，而对人们有益的负离子密度将会降低，如果在室内还有人抽烟，将更加剧室内空气的恶化。在这样的环境中呆得稍久必然会使人头晕目眩。过敏性鼻炎患者长时间呆在空调屋里还有可能引起过敏性鼻炎的复发。空调房内有大量易导致过敏性鼻炎复发的物质——螨虫，而其最适宜生存在25℃左右的环境中。

那么是否能找到一种为地球降温的方法呢？利用地球环境自身的温度来进行发电，解决能源危机；同时把人类居住的环境温度降下来，改善人类的生存环境，这是一个伟大的梦想。

一项极其重要的发现找到了解决了这个难题的办法。其原理是：水溶液中离子的热运动是巨大的，室温下达每秒几百米，离子具有动能，理论上离子动能能转换成为电能，很少有人研究这一过程，也没有人研究它可能产生电流。

香港理工大学（Hong Kong Polytechnic University）的徐子涵（Zihan Xu）进行了研究，他团队研究这个过程，而且似乎也掌握了。石墨烯电池在饱和氯化铜溶液中，时间（小时、天数）和产生电压的关系，参见图3。

该团对已经制成电路，其中包含LED，用电线连接到带状石墨烯。他们只是把石墨烯放在氯化铜（copper chloride）溶液中，进行观察。试验结果显示，LED灯亮了。实际上，他们需要6个石墨烯电路，形成串联，这样就可产生所需的2V，使LED灯发亮，就可以得到这个图片。

徐子涵解释其原理是铜离子具有双重正电荷，穿过溶液的速度约每秒300米，这是因为溶液在室温下的热能量。当离子猛烈撞入石墨烯带时，碰撞会产生足够的能量，使不在原位的电子离开石墨烯。这些电子有两种选择：可以离开石墨烯带，和铜离子结合，也可以穿过石墨烯，进入电路。原来，流动的电子在石墨烯中更快，超过它穿过溶液的速度，所以电子自然会选择路径，穿过电路。正是这一点点亮了LED灯。

释放的电子更倾向于穿过石墨烯表面，而不是进入电解液。我们的设备就是这样产生电压。溶液温度、浓度、时间（秒）和产生电压的关系，参见图4。

这个装置产生的能量来自周围环境的热量。若提高电流，只需加热溶液，也可用超声波加快铜离子。团队声称，只依靠周围热量，就可以使他们的石墨烯电池持续运行20天。其他人也在石墨烯中产生过电流，但只是让水流过它，所以这并不真的使人吃惊，移动的离子也可以产生这样的效果。这预示着清洁的绿色电池，只依靠环境热量驱动。徐子涵和同事说：“这代表着一个巨大的突破，研究的是自驱动技术”。

发明内容

本发明提供了一种石墨烯自降温发电装置，该装置吸收周围环境的热量进行发电，实现降温和发电。

本发明的技术方案是：一种石墨烯自降温发电屏，包括石墨烯负极（1）、石墨烯带（2）、导电体外壳（3）、隔离支架（4）、正极（5）、石墨烯自降温发电屏（6）、电子温控电流器（7）、充电控制器（8）、蓄电池（9）、逆变器（10）、电度表（11）；石墨烯负极（1）连接石墨烯带（2），石墨烯带（2）无规则悬浮在电池内腔，四周围是隔离支架（4），该隔离支架把石墨烯带（2）与导电体外壳（3）隔离，避免短路，导电体外壳（3）与正极（5）焊接为一体，石墨烯单体电池（12）内腔充满电解液，多个石墨烯单体电池（12）相互串联和并联，构成完整的石墨烯自降温发电屏（6），该石墨烯自降温发电屏（6）的输出端串接电子温控电流器（7），电力输出线联接充电控制器（8），充电控制器（8）分别与蓄电池（9）和逆变器（10）联接，所述逆变器（10）还与蓄电池（9）和电度表（11）联接。

石墨烯自降温发电屏（6）的电解液体采用氯化铜（copper chloride）溶液，电解液可以用氯化铅溶液，其他氯化盐类溶液，还可以采用金属离子可溶盐类溶液作为电解液。

石墨烯单体电池（12）加装吸热片（13）。

本发明的具体工作原理是：石墨烯电池在饱和氯化铜溶液中，水溶液中离子的热运动是巨大的，室温下达每秒几百米，离子撞击带状石墨烯产生电流。香港理工大学徐子涵团队实验给出的结果给出时间（小时、天数）和产生电压的关系，如图3所示。在实验中的电路中包含LED，用电线连接到带状石墨烯，石墨烯放在氯化铜（copper chloride）溶液中，进行观察。LED被灯亮。实验中，采用要6个石墨烯电路，形成串联，这样就可产生所需的2V，使LED灯发亮，试验参见图3。电解液中，铜离子具有双重正电荷，穿过溶液的速度约每秒300米，这是因为溶液在室温下的热能量。当离子猛烈撞入石墨烯带时，碰撞会产生足够的能量，使不在原位的电子离开石墨烯。这些电子有两种选择：可以离开石墨烯带，和铜离子结合，也可以穿过石墨烯，进入电路。由于流动的电子在石墨烯中更快，超过它穿过溶液的速度，所以电子自然会选择路径，穿过电路。正是这一点点亮了LED灯。“释放的电子更倾向于穿过石墨烯表面，而不是进入电解液，使得试验装置产生电压的。溶液温度、浓度、时间（秒）和产生电压的关系（参见图4）。因此，这个装置产生的能量来自周围环境的热量。若需提高电流，只需加热溶液，也可用超声波加快铜离子。他们甚至声称，只依靠周围热量，就可以使他们的石墨烯电池持续运行20天，“这代表着一个巨大的突破，研究的是自驱动技术”（参见百度百科词条石墨烯电池）。

石墨烯电池电池单体内腔充满电解液，多个单体电池相互串联和并联，构成完整的石墨烯自降温发电屏（6），该石墨烯自降温发电屏（6）的输出端串接电子温控电流器（7），电力输出线联接充电控制器（8），充电控制器（8）分别与蓄电池（9）和逆变器（10）联接，所述逆变器（10）还与蓄电池（9）和电度表（11）联接。发电装置的电力输出线进入到充电控制器内，通过该充电控制器（8）输出至蓄电池（9），对蓄电池进行充电，同时将该直流电输送到逆变器（10），转换为~220V交流电，提供居家用电，多余的电经过电度表（11）输送给电网。

电子温控电流器（7）可以根据温度调节输出电流。夏天石墨烯自降温发电屏安装在室内，根据房间内的温度自动调节电流，保持室内温度达到适合的温度，冬天可断开输出电流。该发明能取代现在的空调。

本发明的有益效果是：这种发电方式这预示着清洁的绿色电池，只依靠环境热量驱动，大范围使用可以解决温室效应，将环境温度降低，获得的巨大的电能，极大缓解能源危机，找到了不排除CO₂并让地球退烧的方法，其电能用于居家生活和纯电动车等，该发明具有其重大意义。

附图说明：

图1为本发明主视剖面示意图；

图2为本发明整体结构示意图；

图3为石墨烯电池时间和产生电压的关系图；

图4为溶液温度、浓度、时间和产生电压的关系图；

图5为电子温控器电路图；

图6为石墨烯单体电池外观示意图。

图1-6中：1、石墨烯负极，2、石墨烯带，3、导电体外壳，4、隔离支架，5、正极，6、组合电池屏，7、充电控制器，8、蓄电池，9、逆变器，10、电度表，11、电子温控电流器，12、石墨烯单体电池，13、石墨烯单体电池吸热片。

具体实施方式：下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

例一：如图1-6所示，一种石墨烯自降温发电屏，包括石墨烯负极（1）、石墨烯带（2）、导电体外壳（3）、隔离支架（4）、正极（5）、石墨烯自降温发电屏（6）、电子温控电流器（7）、充电控制器（8）、蓄电池（9）、逆变器（10）、电度表（11）；石墨烯负极（1）连接石墨烯带（2），石墨烯带（2）无规则悬浮在电池内腔，四周围是隔离支架（4），该隔离支架把石墨烯带（2）与导电体外壳（3）隔离，避免短路，导电体外壳（3）与正极（5）焊接为一体，石墨烯单体电池（12）内腔充满电解液，多个石墨烯单体电池（12）相互串联和并联，构成完整的石墨烯自降温发电屏（6），该石墨烯自降温发电屏（6）的输出端串接电子温控电流器（7），电力输出线联接充电控制器（8），充电控制器（8）分别与蓄电池（9）和逆变器（10）联接，所述逆变器（10）还与蓄电池（9）和电度表（11）联接。

石墨烯自降温发电屏（6）的电解液体采用氯化铜（copper chloride）溶液，电解液可以用氯化铅溶液，其他氯化盐类溶液，还可以采用金属离子可溶盐类溶液作为电解液。

石墨烯单体电池（12）加装吸热片（13）。

电子温控电流器：电子温控器电路原理如图5所示。ICl为集成运算放大器5G058，其中运放ICl-1接成延时电路，ICl-2、ICl-3接成窗口电压比较器。VD2为温度传感器，它由5只二极管1N4148串联而成。由图可见，a点电位将随传感器VD2所测到的温度呈正比变化。温度每升高1℃，VD2的正向压降减小约12mV。电位器RPl设定上限温度值（输出电流），电位器RP2设定下限温度值（输出电流为零），两者之间为温差，最小温差可调到0.5℃。延时电路与比较器输出端用IC2光电耦合器隔离，可提高电路的可靠性。温度显示表头选用μP5135a型(表头部分见图中虚线框内)。由于本电路传感器VD2的负端即a点电位设计成1V为0℃，而表头为0V显示“00.0”，因此电路中加入3kΩ电阻和电位器RP3，并将表头集成电路7170的30脚接地线（图中打×处）断开，使表头的Vin端的电位提高1V。 调试时将传感器VD2置于冰水混合物中，调电位器RP3使表头显示“00.0”，再把VD2放入沸水中，调电位器RP4使表头显示为“100.0”，调试即告结束。最后，按室内设定好温度、温差就可投入使用了。

Claims (3)

1.一种石墨烯自降温发电屏，其特征是包括一种石墨烯自降温发电屏，包括石墨烯负极（1）、石墨烯带（2）、导电体外壳（3）、隔离支架（4）、正极（5）、石墨烯自降温发电屏（6）、电子温控电流器（7）、充电控制器（8）、蓄电池（9）、逆变器（10）、电度表（11）；石墨烯负极（1）连接石墨烯带（2），石墨烯带（2）无规则悬浮在电池内腔，四周围是隔离支架（4），该隔离支架把石墨烯带（2）与导电体外壳（3）隔离，避免短路，导电体外壳（3）与正极（5）焊接为一体，石墨烯单体电池（12）内腔充满电解液，多个石墨烯单体电池（12）相互串联和并联，构成完整的石墨烯自降温发电屏（6），该石墨烯自降温发电屏（6）的输出端串接电子温控电流器（7），电力输出线联接充电控制器（8），充电控制器（8）分别与蓄电池（9）和逆变器（10）联接，所述逆变器（10）还与蓄电池（9）和电度表（11）联接。

2.根据权利要求1所述的石墨烯自降温发电屏，其特征是所述石墨烯自降温发电屏（6）的电解液体采用氯化铜溶液或者氯化氢溶液。

3.根据权利要求1所述的石墨烯自降温发电屏，其特征是石墨烯单体电池（12）加装吸热片（13）。